Phương Pháp - Sử Dụng Định Luật Bảo Toàn E

Phương Pháp - Sử Dụng Định Luật Bảo Toàn E tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất c...

Trang 1

Phương pháp

ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ELECTRON

I – PHƯƠNG PHÁP GIẢI

Nguyên tắc:

Tổng số electron cho bằng tổng số electron nhận Từ đó suy ra tổng số mol electron cho bằng tổng số mol electron nhận

Phương pháp này áp dụng cho các bài toán mà các chất tham gia phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá (các phản ứng oxi hoá khử), các bài toán phức tạp xảy ra qua nhiều quá trình, thậm trí nhiều bài không xác định dược chất dư chất hết Điều đặc biệt lý thú của phương pháp này là không cần viết bất cứ một phương trình phản ứng nào, không cần quan tâm tới các giai đoạn trung gian…

Các dạng bài tập thường gặp:

1 Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit ( hoặc hỗn hợp axit) không có tính oxi hoá (HCl,

H2SO4 loãng …)

2 Kim loại (hoặc hỗn hợp kim loại) tác dụng với axit ( hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hoá (HNO3, H2SO4

đặc, nóng …) tạo 1 khí hoặc hỗn hợp khí

3 Oxit kim loại (hoặc hỗn hợp ox it kim loại) tác dụng với axit ( hoặc hỗn hợp axit) có tính oxi hoá (HNO3, H2SO4 đặc, nóng …)

4 Các bài toán liên quan tới sắt (điển hình là bài toán để sắt ngoài không khí)

5 Bài toán nhúng kim loại vào dung dịch muối

Nói chung bất kỳ bài toán nào liên quan tới sự thay đổi số oxi hoá đều có thể giải được bằng phương pháp này

II- VẬN DỤNG

A – BÀI TẬP MẪU

Bài 1: Hoà tan hoàn toàn 1,5 g hỗn hợp gồm Al và Mg bằng dung dịch HCl dư thu được 1,68 lít khí H2

(đktc) Tính phần trăm khối lượng mội kim loại trong hỗn hợp ban đầu

Giải:

+ Quá trình cho e:

Al - 3 e → Al3+

x 3x Mg - 2 e →Mg2+

y 2y +Quá trình nhận e: 2H+ + 2e →H2

0,15 0, 075

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3 x + 2 y = 0,15 (1)

27 x + 24y = 1,5 (2) Mặt khác, theo bài ra ta có PT:

Từ (1) và (2) có: x = 1/30, y = 0,025

Bài 2: Cho 3,2 g Cu tác dụng với dung dịch HNO3 đặc, dư thu được NO2 có thê tích là bao nhiêu?

Giải: nCu = 3,2/64 = 0,05 mol

+ Quá trình cho e: Cu - 2 e →Cu2+

0, 05 0,1

+Quá trình nhận e: N+5 + 1e→N+4 (NO2)

x x

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: x = 0,1 →V = 0,1 22,4 = 2,24 lít

Bài 3: Hoà tan hết 12 gam một kim loại chưa rõ hoá trị bằng dung dịch HNO3 loãng thu được 2,24 lít ở đktc một khí không màu, không mùi, không cháy Xác định tên kim loại?

Giải: Gọi kim loại cần tìm là M có hoá trị n

Khí không màu, không mùi, không cháy chính là N2

M – ne → Mn+

12

M

12n

M

+Quá trình nhận e:

2N+5 + 10e→ N2

1 0,1

Trang 2

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 12n

M = 1→M = 12n Biện luận:

Bài 4:Hoà tan hết a gam Cu trong dung dịch HNO3 loãng thì thu được 1,12 lts hỗn hợp khí NO và NO2 ở đktc, có tỉ khối so với H2 là 16,6 Tìm a?

Giải:

Gọi x, y lần lượt là số mol của NO và NO2

Theo bài ra ta có:

( )

1,12

22,4 30x+ 46y

16, 6 x+y 2

=

= Suy ra: x = 0,04, y = 0,01 → nNO = 0,04 mol, nNO2 = 0,01 mol

Cu - 2 e →Cu2+

x 2x

N+5 + 3e → N+2 (NO)

0,12 0,04

N+5 + 1e → N+4 (NO2) 0,01 0,01

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 2x = 0,12 + 0,01 → x = 0,65 →a = 4,16 gam

Bài 5: Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe và Cu có số mol bằng nhau bằng axit HNO3 thu được V lít hỗn hợp khí gồm NO và NO2 đo ở đktc, có tỉ khối so với H2 bằng 19 Tìm V?

Giải:

Gọi a là số mol của Fe và Cu Theo bài ra ta có: 56x +64x = 12 → x = 0,1 mol

Fe - 3 e → Fe 3+

0,1 0,3

Cu - 2 e →Cu2+

0,1 0,2

N+5 + 3e→ N+2 (NO)

3 x x

N+5 + 1e→ N+4 (NO2)

y y

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 3 x + y = 0,5 (1)

Mặt khác theo bài ra ta có: 30x+ 46y(x+y 2) =19 (2)

Giải hệ (1) và (2) tìm được: x = y = 0,125 mol → V = (0,125+0,125) 22,4 = 5,6 lít

Bài 6: Hoà tan hết 7,44 gam hỗn hợp Al và Mg trong thể tích vừa đủ 500 ml dung dịch HNO3 loãng thu được dung dịch A và 3,136 lít hỗn hợp 2 khí đẳng mol có khối lượng 5,18g, trong đó có 1 khí không màu hoá nâu trong không khí Tình thành phần trăm khối lượng kim loại trong hỗn hợp ban đầu?

Giải:

Khí không màu hoá nâu trong không khí là NO, gọi khí còn lại có khối lượng là M

Gọi x là số mol của mỗi khí trong hỗn hợp (vì 2 khí đẳng mol)

Từ công thức tính khối lượng trung bình ta có:

Trang 3

Al - 3 e → Al 3+

a 3a

Mg - 2 e →Mg2+

b 2b +Quá trình nhận e:

N+5 + 3e→ N+2 (NO)

0,21 0,07

2N+5 + 8e → 2N+1 (N2O) 0,56 2 0,07

Áp dụng định luật bảo toàn e ta có: 3a + 2b = 0,21+0,56= 0, 77 (1)

Mặt khác theo bài ra ta có: 27a + 24b = 7,44 (2)

Từ (1) và (2) tìm được: a = 0,2; b = 0,085 →%Mg = 27,42%; %Al = 72,58%

Bài 7:

( Tính số mol axit có tính oxi hoá tham gia phản ứng với kim loại)

Các axit có tính oxi hoá thường gặp là HNO3 và H2SO4 đặc, nóng

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố ta luôn có:

3 3

HNO NO

∑ tạo muối với kim loại + NO3

n −

tạo sản phẩm khử

2

2 4 4

H SO SO

∑ tạo muối với kim loại +

2

SO

n −

Tuy nhiên để việc áp dụng nhanh chóng hơn chúng ta cùng nhau đi xây dựng công thức tổng quát:

Xét phản ứng của x mol kim loại M có số oxi hoá cao nhất là n với dung dịch HNO3 và N5+ bị khử xuống

Nm+ có số mol là y

M - ne →Mn+ M(NO3)n N+5 + (5-m)e→ N+m

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: nx = (5-m)y → y = nx

5-m

3 3

HNO NO

∑ tạo muối với kim loại + nNO 3 −

= nx + y = nx + nx

5-m= nx.

6- m 5-m = nNO 3 − 6- m

5-m

Vậy: ∑nHNO 3 = nNO 3 − 6- m

5-m

Xét phản ứng của x mol kim loại M có số oxi hoá cao nhất là n với dung dịch H2SO4 và S6+ bị khử xuống S

m+

có số mol là y

M - ne →Mn+ M2(SO4)n S+6 + (6-m)e→ N+m

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: nx = (6-m)y → y = nx

6-m Sản phẩm muối kim loại tồn tại dưới dạng: M2(SO4)n

→ nSO 2 −

tạo muối với kim loại =

nx 2

2

2 4 4

H SO SO

∑ tạo muối với kim loại +

2

SO

n −

=

nx

2 + y =

nx

2 +

nx 6-m = nx.2 6-m = 8- m( ) nSO 2 −

.2 6-m8- m( )

Vậy: ∑nH SO2 4 = nSO 2 − .2 6-m8- m( )

Trang 4

7.1 Cho m gam Al tác dụng với 150 ml dung dịch HNO3 a (M) vừa đủ thu được khí N2O duy nhất và dung dịch A Cô cạn dung dịch A thu được (m+18,6)g Tính a?

Giải:

Khối lượng ion NO3- trong muối thu được là : (m+18,6) – m =18,6 g

( )

-3

Al- 3 e → Al 3+

2N+5 + 8e→ 2N+1 (N2O)

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 8x = 0,3→ x = 0,0375 mol

3 3

HNO NO

∑ tạo muối với kim loại + nNO 3 −

tạo sản phẩm khử = 0,3 + 2.0,0375 = 0,375 mol

→ a = 0,375 = 2,5M

0,15

Nếu áp dụng công thức dễ suy ra: ∑nHNO3 = 0,3.6- 1=0,375 mol

5-1

7.2 Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp 2 kim loại A và B trong axit H2SO4 đặc nóng dư thu được khí SO2 duy nhất

và dung dịch X Dẫn toàn bộ lượng khí sinh ra vào bình đựng dung dịch nước Brom dư thấy có 96 gam brom phản ứng Số mol axit H2SO4 đã tham gia phản ứng là?

Giải:

- Quá trình cho nhận electron khi cho SO2 qua dung dịch nước Brom:

Cho: S+4 - 2e → S+6 ;

x 2x Nhận: Br2 + 2e →2Br

0,6 01,2

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 2x = 0,12 → x = 0,06 mol

Áp dụng công thức xây dựng được ở trên có:

H SO2 4

∑ nSO 2 −.2 6-m = 0,6 8- m( ) 2 6-4 = 1,2 mol8- 4( )

Bài 8: ( Bài toán để sắt ngoài không khí – Bài toán kinh điển)

Để m gam sắt ngoài không khí, sau một thời gian thu được hỗn hợp B gồm 4 chất rắn là : Fe, FeO, Fe2O3,

Fe3O4 có khối lượng 12 gam Cho B tác dụng với axit HNO3 thấy giải phóng ra 2,24 ltí khí NO duy nhất ở đktc.T ính m?

Giải:

Bài toán này chúng ta đã gặp trong phương pháp “Ghép ẩn”, với phương pháp đó bạn cần viết đầy đủ các phương trình mo tả từng giai đoạn của quá trình, đồng thời bạn cũng cần có một kỹ năng tính toán tương đối tốt… Nhưng nếu sử dụng “Định luật bảo toàn electron” thì bài toán đơn giản hơn rất nhiều.

Có thể phân tích bài toán bằng sơ đồ sau:

o

Fe→ Fe,FeO,Fe O ,Fe O →Fe NO +NO+H O

Ta có các quá trình cho và nhận electron như sau:

Fe - 3 e →Fe3+

m

56

3m

56

+ Quá trình nhận e: N+5 + 3e→ N+2 (NO)

0,3 0,1

O2 - 4e → 2O

12-m

32 12-m

8 (Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng có: mFe + mO2 = mB

Trang 5

→mO2 = mB - mFe = 12 - m→ O2

12 - m

n =

32

Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có: 12 - m

8 + 0,3 =

3m

56 →m= 10,08 gam

Bài 9: Chia hỗn hợp 2 kim loại A, B có hóa trị không đổi thành 2 phần bằng nhau:

- Phần 1 tan hết trong dung dịch HCl, tạo ra 1,792 lít H2(đktc)

- Phần 2 nung trong oxi thu được 2,84g hỗn hợp oxit Khối lượng hỗn hợp 2 kim loại trong hỗn hợp đầu là:

A 2,4g B 3,12g C 2,2g D.1,8g

Giải:

+

2

2-1

H + 1e H

2 0,16 0,16 0,08

O + 2e O

0,08 0,16 0,08









→





→ mhhklo¹i banđÇu=2 (moxit - mO) = 2.(2,84 - 0,08 16) = 3,12g

B – BÀI TẬP TỰ GIẢI

B1 - Tự luận:

Bài 1: Hỗn hợp A gồm 0,06 mol Mg, 0,02 mol Al và 0,04 mol Fe tác dụng hết với dd HNO3 thu được V lit hỗn hợp khí gồm N2 và N2O có tỉ khối so với Hidro bằng 20

1 Hãy biểu diễn các ptpư ở dạng ion thu gọn

2 V=? ( đo ở đktc ).

3 Tính số mol HNO3 đã phản ứng

Bài 2: Cho hỗn hợp bột kim loại A gồm 0,02 mol Fe, 0,04 mol Al, 0,03 mol Cu và 0,01 mol Zn hòa tan hết

vào dung dịch HNO3 thu được V lit hỗn hợp khí gồm NO và N2O có tỉ khối so với Hidro là 16,75.Tính V (ở đktc)

Bài 3: Cho hỗn hợp bột kim loại A gồm 0,04 mol Al, 0,02 mol Fe và 0,05 mol Cu tác dụng với dd HNO3

12,6% được V lit hỗn hợp khí gồm NO và N2 có tỉ khối so với Hidro là 14,75.Tính V (ở đktc), khối lượng

dd HNO3 đã phản ứng biết axit HNO3 dư 10% so với lượng cần dùng

Bài 4: m(g) Fe để trong không khí bị oxi hóa 1 phần thành 22(g) hỗn hợp các oxit và Fe dư Hòa tan hỗn

hợp này vào dd HNO3 dư thu được 4,48 lit khí NO duy nhất (đkc) Tìm m

Bài 5: m’(g) Fe2O3 nung với CO thiếu thu được 6,52(g) hỗn hợp Y gồm 4 chất Hòa tan Y hết vào dd HNO3 thì thu được 0,15 mol khí NO duy nhất Tìm m’

Bài 6: Cho m(g) hh bột kim loại A gồm Mg và Al hòa tan hết vào dd HCl dư thấy giải phóng 0,25 mol khí

Thêm 1 lượng Cu bằng 1,255m (g) vào hh A được hh B Hòa tan B vào dd HNO3 dư thì thu được 0,5 mol

hh khí gồm NO và NO2 có tỉ khối so với Hidro bằng 21,4 Tính tfần % theo klượng các chất trong hh A

Bài 7 : Hỗn hợp X gồm 1,56(g) Mg và 0,486(g) Al được hòa tan hết vào V lit dd HNO3 2M thấy giải phóng 0,4704 lit (đkc) hỗn hợp khí gồm N2 và N2O Cũng V lit dd HNO3 đó hòa tan vừa hết 3,3335(g) kim loại M giải phóng khí N2O duy nhất Xác định kim loại M và tính V

Bài 8: Hòa tan hết kim loại Mg vào dd chứa 1,5 mol HNO3 thu được dd A và 0,2 mol hh khí gồm NO và

N2O Hỏi để kết tủa hết lượng Mg2+ có trong dd A cần tối thiểu bao nhiêu mol NaOH?

Bài 9: Hòa tan 12,9(g) hh A gồm Zn và 1 kim loại M hóa trị II vào dd H2SO4 loãng dư thu được 2,24 lit

H2 Còn khi hòa tan hết 12,9(g) hh A vào dd H2SO4 đặc được 4,144 lit hỗn hợp gồm SO2 và H2S có tỉ khối

so với Hidro bằng 31,595 Xác định kim loại M biết thể tích các khí đo ở đktc

Bài 25 : Để a gam bột sắt ngoài không khí, sau một thời gian sẽ chuyển thành hỗn hợp A có khối lượng 75,2

gam gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 Cho hỗn hợp A phản ứng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc, nóng thu được 6,72 lit khí SO2( đktc) Khối lượng a gam là:

Bài 26 : Cho 1,92g Cu hòa tan vừa đủ trong HNO3 thu được V lit NO( đktc) Thể tích V và khối lượng HNO3 đã phản ứng:

A 0,048lit; 5,84g B 0,224lit; 5,84g C 0,112lit; 10,42g D 1,12lit; 2,92g

Trang 6

Bài 27 : Hỗn hợp A gồm 2 kim loại R1, R2 có hóa trị x,y không đổi( R1 và R2 không tác dụng với nước và đứng trước Cu trong dãy hoạt động hóa học) Cho hỗn hợp A phản ứng hoàn toàn với dung dịch CuSO4 dư, lấy Cu thu được cho phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO3 dư thu được 1,12 lit NO duy nhất( đktc) Nếu cho hỗn hợp A trên phản ứng hoàn toàn với HNO3 thì thu được N2 với thể tích là:

Bài 28 : Khi cho 9,6gam Mg tác dụng hết với dung dịch H2SO4 đậm đặc thấy có 49gam H2SO4 tham gia phản ứng tạo muối MgSO4, H2O và sản phẩm khử X X là:

Bài 29 : Cho 1,35gam hỗn hợp A gồm Cu, Mg, Al tác dụng với HNO3 dư được 1,12lit NO và NO2 có khối lượng trung bình là 42,8 Biết thể tích khí đo ở đktc Tổng khối lượng muối nitrat sinh ra là:

Bài 30 : Cho a gam hỗn hợp gồm FeO, CuO, Fe3O4 có số mol bằng nhau tác dụng hoàn toàn với lượng vừa đủ là 250ml dung dịch HNO3, khi đun nóng nhẹ được dung dịch B và 3,136 lit hỗn hợp khí C( đktc) gồm

NO2 và NO có tỷ khối so với H2 bằng 20,143

a/ a nhận giá trị là:

b/ Nồng độ mol/l HNO3 đã dùng là:

Bài 31 ( ĐTS A 2007 ): Hòa tan hoàn toàn 12g hỗn hợp Fe, Cu( tỷ lệ mol 1:1) bằng axit HNO3, thu được V lit( đktc) hỗn hợp khí X( gồm NO và NO2) và dung dịch Y( chỉ chứa 2 muối và axit dư) Tỷ khối của X đối với H2 bằng 19 Giá trị của V là:

Bài 32 : Cho luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam Fe2O3 ở nhiệt độ cao một thời gian người ta thu được 6,72 g hỗn hợp gồm 4 chất rắn khác nhau A Đem hòa tan hoàn toàn hỗn hợp này vào dung dịch HNO3 dư thấy tạo thành 0,448 lit khí B duy nh6at1 có tỷ khối so với H2 bằng 15 m nhận giá trị là:

Bài 33 : Nung m gam sắt trong không khí, sau một thời gian người ta thu được 104,8 gam hỗn hợp rắn A

gồm Fe,FeO,Fe2O3 và Fe3O4 Hòa tan hoàn toàn A trong HNO3 dư thu được dung dịch B và 12,096 lit hỗn hợp khí NO và NO2 (đktc) có tỷ khối so với He là 10,167 Giá trị m là:

Bài 34 : Cho tan hoàn toàn 58g hỗn hợp A gồm Fe, Cu, Ag trong dung dịch HNO3 2M thu được 0,15 mol

NO, 0,05mol N2O và dung dịch D Cô cạn dung dịch D, khối lượng muối khan thu được là:

Bài 35 : Hòa tan hết 16,3 gam hỗn hợp kim loại gồm Mg, Al và Fe trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được 0,55 mol SO2 Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn khan thu được là:

Bài 36 : Cho 18,4 g hỗn hợp kim loại A,B tan hết trong dung dịch hỗn hợp gồm HNO3 đặc và H2SO4 đặc, nóng thấy thoát ra 0,3 mol NO và 0,3mol SO2 Cô cạn dung dịch sau phản ứng, khối lượng chất rắn thu được là:

Định dạng
Số trang	6
Dung lượng	288,5 KB